Beyin Kortikal Fonksiyon ve değiştirildi Yerçekimi Koşullar sırasında Nörobilişsel Performansı arasındaki uyum,

Bu prosedür, ağırlıksızlık durumundaki nörobilişsel performans düşüşünün ne ölçüde hemodinamik ve elektrokortikal değişikliklerin birincil etkilerinden veya ikincil stresle ilişkili etkilerden kaynaklandığını belirlemek için kombine bir EEG ve yakın kızılötesi spektroskopi kayıt tekniği uygular. Bu, mikro yerçekimi, mikro yerçekimi ve normal yerçekimi evrelerini içeren parabolik bir uçuş sırasında katılımcıların elektrokortikal aktivitesindeki değişikliklerin izlenmesiyle gerçekleştirilir. Frontal beyindeki hemodinamik değişiklikler, yakın kızılötesi spektroskopi veya sinirler kullanılarak paralel olarak izlenebilir.

Beyin kortikal aktivitesindeki değişiklikler daha sonra elektromanyetik tomografi kullanılarak lokalize edilebilir. Son adım, elektrokortikal ve hemodinamik değişiklikleri birbiriyle ilişkilendirmektir. Sonuçlar, değişen yerçekimi koşullarına bağlı hemodinamik değişikliklerin, elektrokortikal fonksiyonlardaki değişikliklerle ilişkili olduğunu göstermektedir.

Bu tekniğin MRI veya PET gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, elektrofotografinin elektro tomografi ve yakın kızılötesi spektroskopi ile birleştirilmesinin, parabolik uçuşlar veya HyperV ağırlıksızlığı gibi aşırı ortamlarda, sınırlı yük ve kısıtlı alan koşullarında uygulanabilir olmasıdır; ayrıca bu yöntem, beyindeki nöral elektriksel aktivite ve hemodinamik değişimlerin ölçülmesine ve ilişkilendirilmesine olanak tanır. Bu yöntem, değişen yerçekimi koşullarının hemodinamik ve elektriksel kortikal değişikliklere yol açması gibi nörofizyoloji ve uzay araştırmaları alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olur. Bu değişikliklerin beynin tam olarak neresinde meydana geldiğinin ve bu değişikliklerin sonuçlarının ne olduğunun yanıtlanmasına katkı sağlar.

Altta yatan nörofizyolojik süreçleri, uzaydayken ve ağırlıksız ortamdayken beyin korteks fonksiyonlarında ve hemodinamikte neler meydana geldiğini belirlediğimizde; yaşam kalitesini, görev başarısını ve görev güvenliğini artıracak spesifik karşı önlemler geliştirebiliriz. Dolayısıyla bu yöntem, beynin çalışma mekanizmaları hakkında içgörüler sağlayabilir veya nörolojik hastaların nörolojik bozulmaları ya da beynimizin nasıl çalıştığına dair temel fikirler gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Bu araştırma fikri ilk olarak, uzayda yaşayan astronotlardan gelen nörobilişsel azalma haberlerini duyduğumuzda ortaya çıktı.

Bu yöntemin görsel demonstrasyonu kritiktir, çünkü verileri işleme ve analiz etmenin birçok yolu olduğundan analiz adımlarını öğrenmek zordur. Uçuştan bir ila iki saat önce, katılımcılar deneylere hazırlanmak üzere havalimanındaki bir odaya alınır. İlk olarak, baş çevreleri ölçülür ve entegre optotlar ve alıcı içeren EEG başlığının katılımcının başına yerleştirilebilmesi için saç derileri temizlenir.

Bir sonraki adım, FP bir ve FP iki elektrotlarının konumlarını işaretlemektir. İlk olarak, nasion ile inion arasındaki mesafe ölçülür ve ardından nasion ile inion arasındaki mesafenin 10'da biri kadar bir uzaklık belirlenir. Nasyondan başlayarak, orta hattın soluna ve sağına, baş çevresinin 20'de biri kadar olan uzaklıkta iki işaret konur.

Bonele, kafa derisine yerleştirilecek elektrotları içerir ve sensörlerin doğru konumlandırılmasını sağlar. Katılımcının kafa boyutuna uygun bir EEG bonesi seçilir. Ardından, bone başa geçirilir.

Katılımcının başı ve pozisyonu kontrol edilir. CZ elektrodu vertex üzerinde; FP1 ve FP2 ile O1 ve O2 elektrotları ise yatay olarak işaretlerin üzerinde olmalıdır; başlığın simetrik ve uygun pozisyonda kalmasını sağlamak için bir çene kayışı bağlanır. Ardından, kalp atış hızı elektrodu yerleştirilir; bunu yapmak için bir EEG elektrodu kullanılabilir ve sensör katılımcının göğsüne yerleştirilir.

Şimdi elektrotların empedansı minimize edilir ve sinyal iletimi kontrol edilir. Her elektrot, empedans ölçümü başlatıldığında okunacak LED'ler içerir. Saçlar, küt uçlu bir iğne ile elektrot ucundan uzaklaştırılır ve referans ile toprak elektrotlarından başlanarak, elektrot ucu ile cilt yüzeyi arasına jel enjekte edilir.

Jel enjekte edildikçe, empedans azaldıkça LED'lerin rengi değişecek; başlangıçtaki kırmızı renk önce sarıya, ardından yeşile dönecektir. 25 kilo ohms değerinde hedef empedans değerine ulaşıldığında, elektrotların performansı bu hedef değerde veya bu değerin altında iyi bir sinyal-gürültü oranı sağlayacaktır. Bu işlem tüm başlık elektrotları için tekrarlanır.

Her iki katılımcı için elektrot başlığı hazırlandıktan sonra, katılımcılara parabolik uçuşun detayları ve takip edilecek deneysel zaman çizelgesi hakkında talimatlar verilir. 0'dan 30'a kadar olan parabolaların ve gerçekleştirilecek görevlerin şematik bir özeti katılımcılara sunulur. Ayrıca, testlerin ne zaman ve nasıl başlatılıp durdurulacağını detaylandıran sözlü duyurular gözden geçirilir.

Son olarak, katılımcılar uçuş içi hazırlıklar için uçağa getirilir. Uçağa bindikten sonra, katılımcılar deneysel düzenekte yan yana oturtulur ve emniyet kemerleri gevşek bir şekilde bağlanır. EEG kabloları elektrot kontrol kutusuna, elektrot kontrol kutusu ise amplifikatöre bağlanır.

Ardından, sinir OID'leri ve alıcı, EEG başlığındaki OID tutucuya sabitlenir. Bu noktada, EEG NERS modülü başlatılır. Bu işlem, bağlantı durumunu ve sinyal kalitesini kontrol eder.

Ardından sinirler ve EEG yazılımı başlatılır ve kayıt için bir çalışma alanı oluşturulur. Veriler açılır. Daha sonra dosya adı, kayıt frekansı ve montaj bilgileri girilir.

Herhangi bir sinyal suboptimal ise, EEG için empedans değerleri veya sinirler için DAQ değerleri yeniden ayarlanır veya gerektiğinde daha fazla jel enjekte edilir. Bu noktada, EEG ve sinir sinyali kaydı başlatılır ve dinlenme durumu prem ölçümleri toplanır.

Katılımcıların bu aşamada herhangi bir görevi yoktur; ancak hareketsiz kalmaları, rahatlamaları ve gözlerini kapalı tutmaları gerekir. Kayıt üç dakika sonra durdurulur. Dinlenme süresinin ardından katılımcılar, bilişsel görev olan chalkboard challenge'ın bazal testini gerçekleştireceklerdir.

Son olarak, tüm cihazlar kapatılır ve EEG elektrot kontrol kutusunun yanı sıra hemşirenin optos cihazı ve alıcısı bağlantıları kesilir. Kamera ve iPhone'lar da dahil olmak üzere tüm ekipmanlar, uçuş sırasında yapılacak deneylerin kalkış hazırlığı için bir bölmeye yerleştirilir. Uçak seyir yüksekliğine ulaştıktan sonra, ilk adım video kamerasını tırabzana monte etmek, ardından video kaydını başlatmaktır.

Ardından, katılımcılar koltuklarına yerleştirilir ve emniyet kemerleri gevşekçe bağlanır. Katılımcılar, en az sıfırıncı parabol ile 25. parabol arası boyunca koltuklarında oturmaya devam etmelidir. iPhone'lar, cırt cırt bantlar yardımıyla katılımcıların üst bacaklarına sabitlenir.

Şimdi, EEG elektrot kontrol kutusu bağlanır ve sinir optoları ile alıcı, berekteki opto tutucuya sabitlenir. EEG ve sinir modülü başlatılır ve EEG empedansı ile NS DAQ değerleri kontrol edilerek EEG sinir sinyalinin kalitesi doğrulanır. Üç dakika boyunca dinlenme kaydı gerçekleştirilir.

Sıfırıncı parabol olarak adlandırılan ilk parabol, katılımcıların prosedüre ve yerçekimi koşullarındaki değişime uyum sağlamaları için kullanılacaktır. Ardından, birden ona kadar olan paraboller sırasında, katılımcılar koltuklarında gözleri kapalı bir şekilde sessizce otururken sadece dinlenme durumu EEG kaydı alınır. Sonra, katılımcılar beşer parabolden oluşan iki blok boyunca gerçekleştirilecek olan bilişsel görevler için hazırlanırlar.

Kayıt, katılımcılara talimatlar veren ve aynı zamanda bilişsel test sonuçları ile süreleri kaydeden operatör tarafından kontrol edilir. Bu bilişsel işlem görevinde katılımcı, bir denklemde hangi tarafın diğerinden daha büyük olduğunu belirler; katılımcının yanıt hızı ve doğruluğu kaydedilir. Yanıtlar program tarafından kaydedilir ve katılımcının 11 ila 15 arasındaki paraboller sırasında ulaştığı en yüksek seviyeye, doğruluğa ve hıza bağlı olarak nihai bir yüksek puan verilir.

Birinci katılımcı bu görevi sıfır G'de, diğer katılımcı ise bir G'de gerçekleştirecektir. Ardından, 16 ile 20 arasındaki paraboller sırasında, birinci katılımcı bu görevi bir G'de, ikinci katılımcı ise zaman zaman sıfır G'de gerçekleştirecektir. Diğer ölçümler, parabolik sekans sırasında olduğu gibi, ilk parabolden önce ve son parabolden sonra da kaydedilir. Son 10 parabol, önceki herhangi bir ölçümün veya deneyin tekrarlanması gerektiği durumda kullanılabilir.

Yere indikten sonra, katılımcıların ve operatörün, deneysel düzeneğe geri dönüp sonrası ölçümleri için her şeyi hazırlamadan önce uçaktan geçici olarak ayrılmalarına izin verilir. Bu sırada, dinlenme durumu EEG hemşire ölçümleri tekrarlanır. Tüm kayıtlar tamamlanıp başlık katılımcıdan çıkarıldığında, düşük çözünürlüklü beyin elektromanyetik tomografisi veya Loretta kullanılarak deney sonlandırılır.

Frontal beyin kortikal aktivitesindeki bireysel değişiklikleri belirlemek mümkündür. Birinci katılımcı için, mikroyerçekiminin başlangıcından 2000 milisaniye sonra meydana gelen değişim, dorsal lateral prefrontal kortekse ait olan Broadman dokuzuncu alanında lokalize edilmiştir. Bu bölge, motor planlama organizasyonu ve regülasyonu sürecinde duyusal ve mnemonik bilgilerin entegrasyonunda önemli bir rol oynar.

İkinci katılımcı için bu değişiklikler, Broadman alan dokuz ile vücut stabilizasyonu sürecindeki duyusal düzenleme rolüyle bilinen pre-motor korteks olan Broadman alan altıya lokalize olmuş olabilir. Bir sonraki iz, frontal beyin bölgesindeki yakın kızılötesi spektroskopi sonuçlarını göstermektedir. Siyah eğri G seviyesini belirtmektedir.

Sarı arka plan normal yerçekimini belirtmektedir. Mavi arka plan hiper yerçekimini ve pembe arka plan ise beklendiği üzere mikro yerçekimini belirtmektedir. Mikro yerçekimi fazında kırmızı izle gösterildiği üzere oksijenlenmiş kanda bir azalma, ardından mikro yerçekimi fazında oksijenlenmiş kanda bir artış görülmektedir.

Benzer sonuçlar, başka bir katılımcıya ait olan bu şekilde görülmektedir. İlginç bir şekilde, mavi iz ile gösterilen deoksijenize kan miktarı, ilk HyperV evresi veya ağırlıksızlık evresi için tutarlı bir davranış sergilememiş, ancak her iki denekte de ikinci HyperV evresinde azalma göstermiştir. Bu şekil, iki denek için eğitim sırasındaki üç ölçüm noktasında gerçekleştirilen bilişsel görevi göstermektedir; bu ölçümler uçuş öncesinde sıfır G'de, uçuş sırasında ve yine uçuş sırasında bir G'de gerçekleştirilmiştir.

Puanların denekler arasında farklılık göstermesi, parabolik uçuşlar sırasında daha önce bildirilen nörokognitif kayıpların büyük olasılıkla bireysel stres tepkilerinden kaynaklandığını göstermektedir. Bu videoyu izledikten sonra, kombine e, e, g ve knees tekniğinin nasıl uygulanacağının yanı sıra elektrokortikal aktivitenin ve hemodinamik değişikliklerin paralel olarak nasıl izleneceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Bu prosedürü uygularken, sinyal kalitesini kontrol etmek ve deneklerin davranışlarını izlemek önemlidir.

Bu teknikler, beyin korteks fonksiyonlarıyla ilgilenen araştırmacıların önünü açabilir ve mikroyerçekiminin beyin korteks fonksiyonları üzerindeki etkilerinin araştırılmasına olanak sağlayabilir; bu mekanizmaları tanımladığımızda ise bu durum hastalara, astronotlara ve sağlıklı bireylere yardımcı olabilir.